Curs 2011-2012
Bioinformatica (20428)
Titulació/estudi: nom estudi
Curs: 4rt
Trimestre: 1r,
Nombre de crèdits ECTS: crèdits
Hores dedicació estudiant: hores
Llengua o llengües de la docència: Catala/Angles
Professorat: Roderic Guigo, Robert Castelo, Cedric Notredame i Toni Gabaldon
1. Presentació de l'assignatura
El eixos sobre els qual s’articula l'assignatura de Bioinformàtica són els següents:
1. El contingut de l'assignatura se centra exclusivament en l'anàlisi computacional
de seqüències biològiques}. Altres àrees molt importants de la Bioinformàtica-com ara l’anàlisi de microarrays, modelització de xarxes metabòliques o de
regulació o ''data-mining'' de la literatura científica--en són explícitament
excloses del temari. A més, a l'hora d'establir el temari concret, hom ha tingut
en compte que les assignatures d'Evolució (anterior en la Llicenciatura) i de
Biologia Estructural (posterior) inclouen continguts propis de l'anàlisi de
seqüències: Construcció de Filogènies Moleculars i Predicció de l'Estructura de
les Proteïnes. Aquests continguts han estat també explícitament exclosos del
temari.
2. L'assignatura no consisteix en una mera descripció de receptes algorítmiques
per tal de resoldre determinats problemes, sinó que el nucli fonamental de les
classes teòriques consisteix en la justificació formal d'alguns dels algoritmes
més utilitzats en Bionformàtica. En particular, la Programació Dinàmica (en que
es basen els programes d'alineament de seqüències), les Taules “Hash” (que
permeten l'acceleració de les recerques de similaritat en les bases de dades), i els
mètodes markovians incloent-hi els Models de Markov Ocults (per a la
identificació de patrons en seqüències) són tots introduïts, i fem èmfasi el
terme introduïts amb el rigor matemàtic necessari.
3. L'assignatura no pretén embotir els estudiants amb un gran nombre de
coneixements (programes, servidors i bases de dades diversos). Aquesta és una
temptació en la qual, en Bioinformàtica, es pot caure fàcilment donada la
impressionant quantitat de recursos que existeixen a Internet. Tanmateix una
temptació que, donat el caire extraordinàriament canviant dels problemes en
Bioinformàtica, pot ser molt poc profitosa: els problemes rellevants avui, ho
deixen de ser demà. Contràriament i d'acord amb l'orientació general de la
Llicenciatura l'assignatura, més que informar als estudiants com resoldre
problemes que avui existeixen, pretén capacitar els estudiants perquè siguin
capaços de fer front problemes, alguns dels quals, potser avui encara no
existeixen. Es per això, que el nucli de les classes pràctiques és constituït per
una introducció a la programació. El llenguatge escollit és PERL, un llenguatge
interpretat. Això fa que les hores dedicades a programació siguin suficients per
tal que els estudiants més motivats puguin implementar programes força
sofisticats.
4. Els mètodes bioinformàtics no es desenvolupen aïlladament, sinó que ho fan en
resposta a determinats problemes biològics. Aquests, al seu torn són sovint
motivats per desenvolupaments tecnològics. Per exemple, els algoritmes de
comparació de seqüències es desenvolupen quan hom s'adona que d'aquesta
comparació s'obté informació biològica molt rellevant. L'obtenció de seqüències
de manera massiva, que dóna sentit en aquesta comparació, però depèn del
perfeccionament de les tècniques de seqüenciació. En aquest sentit, l'assignatura
intenta introduir el mètodes bioinformàtics en el context històric del progrés de
la biologia que els fa necessaris.
Dels eixos en els quals s'organitza l'assignatura, hom dedueix que l'objectiu principal
n'és proporcionar als estudiants la capacitat i les habilitats per tal que siguin
capaços de resoldre (nous) problemes computacionals en biologia. Aquesta
capacitació s'obté ensenyant els fonaments teòrics d'alguns dels algoritmes més
importants en Bionformàtica i ensenyant a programar. En concret els objectiu generals
de l'assignatura són:
1. Educar els estudiants de biologia en la comprensió i la utilització dels mètodes
d'anàlisi computacional de les seqüències biològiques.
2. Introduir els estudiants en el camp dels algoritmes i de la computació.
3. Introduir els estudiants en el sistema operatiu unix/linux i en la programació en
el llenguatge perl.
2. Competències a assolir
A continuació es descriuen els objectius de l’assignatura de Bioinformàtica amb més
detall. Els objectius han estat classificats en:
Essencials: allò que tots els estudiants han de saber o saber fer quan acaben la carrera.
Aconsellables: allò que es aconsellable que un estudiant sàpiga o sàpiga fer quan acaba
la carrera.
Especialitzats: aquells aspectes específics de la Bioinformàtica, que no són essencials
/aconsellables per a altres àrees de coneixement, però si són essencials/aconsellables si
es pretén fer una especialització de post-grau.
3. Continguts
TEORIA
T1. Introducció a la Bioinformàtica
T2.Comparació de seqüències en el context evolutiu
T3. Comparació de seqüències en el context evolutiu
T4. Matrius de substitució
T5. Introducció a la programació dinàmica
T6. Introducció a la programació dinàmica
T7. Recerques de similaritat en bases de dades (BLAST)
T8. Recerques de similaritat en bases de dades (BLAST)
T9. Alineament múltiple de seqüències
T10. Alineament múltiple de seqüències
T11. Alineament múltiple de seqüències
T12. Reconeixement de patrons en seqüències
T13. Reconeixement de patrons en seqüències
T14. Reconeixement de patrons en seqüències
T15. Estadístics codificants
T16. Predicció de gens
T17. Recerca de selenoproteïnes en organismes eucariotes
T18. Recerca de selenoproteïnes en organismes eucariotes
SEMINARIS
S1. Unix I. Introducció al sistema operatiu UNIX
S2. Introducció als algorismes (I)
S3. Unix II. Comandes i manipulacions bàsiques d'arxius a UNIX
S4. Introducció als algorismes (II)
S5. Problemes d'algoritmes (I)
S6. Unix III. Comandes i manipulacions avançades d'arxius a UNIX
S7. Problemes d'algoritmes (II)
S8. Perl I. Perl bàsic
S9. Perl II. Perl bàsic
S10. Perl III. Vectors i processament de múltiples línies en Perl
S11. Perl IV. Programació dinàmica
S12. Elaboració de pàgines Web
S13. Recerques de similaritat en bases de dades (BLAST)
S14. Anotació de genomes (I)
S15. Anotació de genomes (II)
S16. Genome Browsers
S17. Anàlisi de dades produïdes per instruments de seqüenciació de nova generació (I).
S18. Anàlisi de dades produïdes per instruments de seqüenciació de nova generació (II)
PRÀCTIQUES
P1. Introducció al món Viquipèdia. Supervisió de Projectes
P2. Supervisió de Projectes
P3. Supervisió de Projectes
P4. Supervisió de Projectes
P5. Supervisió de Projectes
P6. Supervisió de Projectes
4. Avaluació
L'avaluació dels aprenentatges dels estudiants té dos components: un examen teòric i un
treball pràctic. Dins l'assignatura, donem al treball pràctic una gran importància; no
només com a mecanisme d'avaluació, sinó també, i potser sobretot, com a part integral
del procés d'aprenentatge. És durant el treball pràctic que els estudiants poden aplicar
els coneixement i desplegar les habilitats que hem intentat transmetre durant les classes
de Bioinformàtica tant les teòriques, com les pràctiques . És per això que reservem
10 hores de classes pràctiques per tal que els estudiants duguin a terme, sota la
supervisió de professors de l'assignatura, una part del seu treball pràctic. Els treballs es
desenvolupen en grups de quatre o cinc persones. Els treballs han de ser presentats en
una pàgina web, i han de tenir format d'article científic.
5. Bibliografia i recursos didàctics
5.1. Bibliografia bàsica
Bioinformatics, David M. Mount, Cold Spring Harbour Laboratory Press, 2001.
Bioinformatics Computer Skills, Cynthia Gibas and Per Jambeck, O'Reilly,
2001.
Bioinformatics: A practical guide to the analysis of genes and proteins
Andreas D. Baxevanis and B.F. Francis Oullete eds., John Wiley & Sons, 2005
Bioinformatics for dummies Jean-Michel Claverie and Cedric Notredame,
Wiley, 2003
5.2. Bibliografia complementària
5.3. Recursos didàctics
Cada sessió teòrica o pràctica té material audiovisual associat de suport a la docència.
Aquests materials són accessibles a través de la web de l'assignatura--que és
actualitzada cada any. L'adreça d'aquesta web és http://bioinformatica.upf.edu. La web
conté informació general sobre l'assignatura i el programa de l'assignatura, a partir del
qual s'accedeix als continguts de suport a la docència per a cada lliçó teòrica o pràctica.
El material docent de suport a les lliçons de teoria inclou el guió de la classe, les figures
i taules que seran utilitzades i referències (links) a altres documents d'interès. En alguns
casos inclou documents interactius elaborats per nosaltres. La documentació per a la
majoria de les lliçons és en format html--i, per tant, accessible a internet amb qualsevol
navegador--però, en alguns casos, en els que la complexitat matemàtica és substancial
hem preferit utilitzar LaTeX i generar els documents en PDF. En alguns casos el
material docent de suport a la docència és una presentació en PowerPoint.
6. Metodologia
No se exactament que cal posar aquí
7. Programació d'activitats
Es això el calendari de les classes?